Faserstoffsuspension

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung oder Regelung einer Flotation, die zur Entfernung von Störstoffen aus einer Faserstoffsuspension betrieben wird. Die Flotationsanlage umfasst zumindest eine Flotationszelle, die mittels eines Luftstroms belüftet wird und mittels der ein gereinigter Gutstoff und ein störstoffhal- tiger aufschwimmender Flotationsschaum, welcher von der Oberfläche der Papier- faserstoffsuspension in eine Schaumsammeirinne abfließt, gebildet werden.

Der Volumenstrom des abfließenden Flotationsschaums aus der Flotationszelle wird dabei durch die Veränderung des Niveaus der Faserstoffsuspension in der Flotationszelle durch einen ersten Regler gesteuert oder geregelt.

Verfahren zur Entfernung von Störstoffen bzw. zur Flotation von Störstoffen aus einer wässrigen Papierfaserstoffsuspension sind aus etlichen Patentschriften, z. B. der DE 10 2004 020 339 oder der EP 1 388 370 A1 , allgemein bekannt. Ein derartiges Verfahren wird angewendet, um aus einer Papierfaserstoffsuspensi- on einen Teil der darin enthaltenen suspendierten Störstoffteilchen auszuscheiden. Bei einer Flotation wird in die Faserstoffsuspension Luft eingeblasen und dadurch ein die auszuscheidenden Stoffe enthaltender Schaum oder Schaumteppich gebildet. Ein typischer Anwendungsfall eines derartigen Verfahrens ist die Aufberei- tung von einer aus Altpapier gewonnenen Papierfaserstoffsuspension, in der die Druckfarbenpartikel bereits von den Fasern abgelöst sind, sodass sie sich ausflotie- ren lassen.

Bei dem Flotationsvorgang wird ausgenutzt, dass der Faserstoff hydrophil ist, während die Druckfarbenpartikel hydrophob sind. An dem gebildeten Schaum bzw. an den Schaumlamellen haften die hydrophoben Partikel und so bildet sich ein die Schutzpartikel enthaltender Schaumteppich, der auf der Faserstoffsuspensionsoberfläche schwimmt.

Neben den Druckfarbenpartikeln gibt es eine Vielzahl weiterer Stoffe, die hydrophob sind und sich daher durch Flotation von dem Faserstoff trennen lassen, wie z. B. Kleber, Kunststoffpartikel und eventuell auch Harze.

Des Weiteren enthält der Schaum aber auch einen gewissen Anteil an Flüssigkeit und Faserstoffen, deren Anteile je nach Verweildauer des Schaums in der Flotati- onszelle unterschiedlich groß ausfallen.

Ab einer bestimmten Schaumdicke läuft der die Störstoffe enthaltende Schaum, der Rejekt, über und wird in einer Schaumsammeirinne gesammelt.

Aus der DE 10 2008 031 41 1 A1 ist ein Verfahren zur Flotation bekannt, durch welches das Niveau der Faserstoffsuspension in der Flotationszelle geregelt wird. So kann der Überlauf der Flotationszelle und damit die Menge des abfließenden Flotationsschaums bzw. Rejekts geregelt werden.

Da der Flotationsschaum, der bei einer einzigen Flotationsstufe gebildet wird, in den meisten Fällen noch einen beträchtlichen Anteil an Fasern enthält, wird das Verfahren in mehreren hintereinander geschalteten Flotationsstufen durchgeführt. Dabei wird der Überlauf, also der Flotationsschaum, jeweils einer stromaufwärts angeordneten Flotationsstufe als Einlauf in der nächsten Stufe zugeführt. Üblicherweise spricht man dann von einer ersten und zweiten Flotationsstufe oder von einer Primär - und Sekundärstufe. Zur Regelung der Rejektmenge wird das Niveau der Faserstoffsuspension in der Zelle verändert. In einer weiteren Ausführung wird eine erste und zweite Flotationsstufe oder auch Primär- und Sekundärflotation eingesetzt, die jeweils aus mehreren Flotationszellen bestehen. Dabei wird der Sekundärflotation der Überlauf der Primärflotation zugeführt. Der Durchlauf, also die in der Sekundärstufe gereinigte Faserstoffsuspension, kann dann dem Zulauf der ersten Flotationsstufe wieder zugegeben werden. Alternativ kann der Durchlauf der zweiten Stufe aber auch dem Durchlauf der ersten Stufe zugemischt werden.

Anlagen, die nach solchen Verfahren arbeiten, haben sich an sich bewährt, da sie bei geringen Stoffverlusten zu einer guten Qualität des so gebildeten Gutstoffes führen. Alle Anlagen haben gemeinsam, dass der Überlauf bzw. das Rejekt über das Anheben oder Senken des Suspensionsniveaus in der Flotationszelle geregelt wird.

So wird bei anderen Flotationszellentypen durch Öffnen oder Schließen des Rejektventils der Innendruck der Zelle derart verändert, das damit indirekt das Suspensionsniveau in der Flotationsanlage geregelt werden kann.

Mit Veränderung des Suspensionsniveaus verändert sich allerdings auch die Schaumhöhe und damit auch die Verweilzeit des Schaumes in der Flotationsanlage. Damit verändert der Schaum seine Zusammensetzung wie auch seine Dichte, also seinen Massenanteil pro Volumen, sodass die Regelung keinem linearen Zusam- menhang zwischen Volumen- zu Massenstrom folgen kann.

Das bedeutet, dass bei steigendem Suspensionsniveau mehr Rejekt bzw. ein höherer Überlauf produziert wird, wodurch die Schaumhöhe in der Zelle bzw. die Verweilzeit des Schaumes in der Flotationszelle abnimmt. Das bedeutet letztlich, dass der Feststoffanteil, also der Masseanteil, im Schaum abnimmt. Trotz höherem Volumenstrom erfolgt somit keine signifikante Massenstromveränderung. Dagegen erhöht sich bei geringerem Suspensionsniveau die Verweilzeit, damit erhöht sich die Schaumdicke und damit auch seine Zusammensetzung. So hat die Flüssigkeit mehr Zeit aus der Schaumlamelle abzufließen, wobei der Massenstrom durch den verringerten Abfluss unverändert bleibt. Dies ist eine starke Einschränkung der heute am Markt erhältlichen Regel konzepte, weil das Betriebsfenster stark eingeschränkt wird.

Eine der Aufgaben der Erfindung ist es, ein Verfahren vorzuschlagen, welches die Regelung verbessert und so eine konstantere Qualität des zu erzeugenden Gutstoffs erreicht wird. Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren gelöst, welches die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen, bei dem das Luftvolumen des Luftstroms, welches in die Flotationszelle zur Belüf- tung zugeführt wird, durch zumindest einen zweiten Regler derart gesteuert oder geregelt wird, dass die Zusammensetzung des abfließenden Flotationsschaums entsprechend den Anforderungen eines vorgegebenen Kennwertes eingestellt wird.

Durch die zusätzliche Reglung des Luftstroms wird erreicht, dass die Erzeugungs- menge des Flotationsschaums angepasst werden kann und dadurch eine konstantere Qualität des zu erzeugenden Gutstoffs erreicht wird.

Aufgrund der Schaumrinnenregelung mittels dem ersten Regler wird entsprechend die benötigte Rejektmenge (Schaum) durch Anheben bzw. Senken des Suspensionsniveaus bereitgestellt. Durch den zweiten Regelkreis wird dementsprechend die Luftmenge und damit die entstehende Schaummenge angepasst. Das heißt, steigt das Suspensionsniveau der Zelle, so wird die Luftmenge vergrößert, damit mehr Schaum entsteht, sodass das Suspensionsniveau auf den ursprünglichen Wert zurückgefahren wird. Der umgekehrte Fall gilt entsprechend. Damit wird sichergestellt, dass die Schaumzusammensetzung (Feststoffanteil) konstant gehalten wird. Dies hat zum einen den Vorteil, dass das Überlaufverhalten quasi konstant bleibt (Verhältnis Massenstrom zu Volumenstrom) und zu anderen erweitert das Nachführen des Schaumvolumens deutlich das Betriebsfenster der Regelung.

Der Kennwert kann vorzugsweise aus dem Verhältnis von Massestrom zu Volumenstrom des abfließenden Flotationsschaums gebildet werden. Weiterhin kann bei der Bildung des Kennwertes die Produktionsmenge der Flotation und/oder mindestens ein Qualitätswert des Suspensionszulaufs in die Flotation berücksichtigt werden.

Der Kennwert kann aber auch auf Grundlage oder unter Berücksichtigung eines vorgegebenen Qualitätswertes für den Gutstoff gewählt werden. Der Qualitätswert des Gutstoffes kann dabei der Weißegrad und/oder der Aschegehalt sein.

Dabei können die Messungen der Qualitätswerte des Gutstoffs auch in einem nachfolgenden Prozessschritt erfolgen, wie beispielsweise nach dem Scheibenfilter, erfolgen. Weiterhin kann das Niveau der Faserstoffsuspension und/oder die Schaumdichte in der Flotationszelle gemessen und diese Werte an die Regler weitergeleitet werden.

Des Weiteren kann vorgesehen werden in der Schaumsammeirinne das Niveau des Flotationsschaumes und/oder die Schaumdichte in der Schaumsammeirinne zu messen und diese Werte an die Regler weiterzuleiten.

In einer Ausführung können mehrere Flotationszellen zu einer Flotationsstufe in Reihe hintereinander geschaltet sein. Die Flotationsschäume können dann in eine gemeinsame Schaumrinne abfließen und es kann eine Messung des Schaumniveaus und/oder der Schaumdichte erfolgen. In einer weiteren Ausführung kann die Flotation aus mindestens zwei Flotationsstufen bestehen. Diese sind derart geschaltet, dass der Flotationsschaum der ersten Flotationsstufe in den Zulauf der zweiten Flotationsstufe geführt wird, wobei zumindest die erste Flotationsstufe und/oder die zweite Flotationsstufe aus mehreren Flotationszonen besteht, deren Flotationsschaum in jeweils eine Schaumsammel- rinne abfliest. Der Flotationsschaum der zweiten Flotationsstufe wird abgeführt und der Gutstoff dem Zulauf und/oder dem Gutstoff der ersten Stufe zugeführt. Zumindest in einem Teil der Flotationszellen wird das Luftvolumen, das in die Flotationszellen zur Belüftung zugeführt wird, durch zumindest den zweiten Regler derart gesteuert oder geregelt, dass die Zusammensetzung des abgeführten Flotations- schaums entsprechend den Anforderungen eines vorgegebenen Kennwertes eingestellt wird.

Das Luftvolumen kann aber auch in jeder Zelle geregelt werden oder es kann vorgesehen werden, das Luftvolumen für mindestens eine Gruppe von Zellen zu regeln. Dabei kann die Luftvolumenregelung durch mindestens eine der folgenden Vorrichtung erfolgen: - Drehgeregelte Pumpe

- Regelventil auf der Druckseite der Pumpe

- Direkte Luftmengenregelung am Belüftungselement Weiterhin kann die Schaumdickenmessung durch mindestens eines der folgenden Verfahren und/oder Vorrichtungen erfolgen:

- indirekt über das Suspensionsniveau

- indirekt über Differenzdruckmessung - mittels Radarmessgerät

- mittels Ultraschallmessgerät

Alternativ ist es denkbar, dass die Schaumdichtemessung durch die Entnahme und das Auswiegen einer Probe und/oder mittels einer automatischen Messvorrichtung erfolgt. Mit der Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, durch Regelungsvorgänge der beiden Regler so in den Betrieb der Anlage einzugreifen, dass der wirtschaftlich und technologisch optimale Betriebszustand auch bei Änderungen, insbesondere der Rohstoffe oder Anforderungen, sofort wieder erreicht werden kann. Auf diese Weise ist es erstmals möglich, auch die Einflüsse auszugleichen, die sich durch unterschiedliches Schäumungsverhalten der Rohstoffe und/oder Chemikalien ergeben. Es kann nämlich vorkommen, dass aufgrund einer anderen Zusammensetzung der Rohstoffe, was insbesondere bei Altpapierrohstoffen oft der Fall ist, der Schaum lockerer oder kompakter wird, was bisher zu Abweichungen des Betriebes vom optimalen Punkt geführt hat. Weitere Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens und weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.

In diesen zeigen:

Figur 1 Flotationszelle zur Durchführung des Verfahrens

Figur 2 ein Verfahrensschema einer Ausführungsform

In Figur 1 ist der Schnitt einer in Seitenansicht schematisch dargestellte Flotations- zelle 5 dargestellt. Diese Flotationszelle 5 kann eine Zelle in einer Flotationsanlage mit einer oder mehr Flotationsstufen sein. Die Faserstoffsuspension S wie auch die Luft L zum Belüften wird der Flotationszelle 5 über das Belüftungsrohr 24 zugeführt.

Der durch die Belüftung entstehende Flotationsschaum 3 fließt über ein Wehr 23 in die Schaumsammeirinne 8 der Flotationszelle. Bei mehreren hintereinander geschalteten Zellen einer Flotationsstufe kann für mehrere Zellen auch eine gemeinsame Schaumsammeirinne 8, 9 vorgesehen sein, in der sich ein Flüssigkeitsniveau einstellt. Die Luft L, die zur Belüftung der Flotationszelle 5 durch das Belüftungsrohr zugeführt wird, kann beispielsweise aus dem Inneren der Flotationszelle 5 abge- saugt werden.

Dabei erfolgt die Regelung der Luftmenge mit Hilfe einer drehgeregelten Pumpe, einem Regelventil auf der Druckseite der Pumpe oder einer direkten Luftmengenregelung am Belüftungsrohr.

Der gereinigte Gutstoff 7 der Zelle 5 wird über eine Pumpe 22 aus dem unteren Bereich der Zelle abgepumpt. Wenn es sich bei der Flotationszelle nicht um die erste oder letzte Zelle einer Flotationsstufe handelt, werden meist Pumpen verwendet, die den Durchlauf, Gutstoff 7, einer stromaufwärtigen Flotationszelle zum Belüftungsrohr 24 der stromabwärtigen Flotationszelle führen.

Der ersten Regler regelt aufgrund des vom Niveautransmitter 13 gemessenen Niveaus das Steuerventil 21 derart, dass die Höhe des Suspensionsniveaus in der Flotationszelle 5 auf einem vorgegebenen Wert gehalten wird. Somit wird die Schaummenge oder das Schaumvolumen geregelt, welches über das Wehr 23 in die Schaumrinne fließt. In anderen Fällen kann die Förderleistung der Pumpe 22 durch den Regler 20 verändert werden, z. B. wenn deren Drehzahl einstellbar ist. Der zweite Regler 50 regelt das Luftvolumen des Luftstroms, das der Flotationszelle 5 zur Belüftung zugeführt wird. Die Steuerung oder Regelung erfolgt aufgrund der Zusammensetzung des abfließenden Flotationsschaums 3, 4, wobei diese entsprechend den Anforderungen eines vorgegebenen Kennwertes eingestellt wird.

Der Kennwert wird vorzugsweise aus dem Verhältnis von Massestrom zu Volumen- ström des abfließenden Flotationsschaums 3, 4 gebildet, kann aber auch auf Grundlage eines vorgegebenen Qualitätswertes für den Gutstoff 7 gewählt werden.

Der Massenstrom wird dabei mittels einer kontinuierlichen Schaumdichtemessung 51 ermittelt, die am Auslauf der Schaumsammeirinne 8 vom Flotationsschaum 3, 4 durchflössen wird.

Weiterhin können in der Schaumsammeirinne 8 das Niveau des Flotationsschaumes und/oder die Schaumdichte in der Schaumsammeirinne gemessen werden und diese Werte an die Regler 20, 50 weitergeleitet werden. Alle Signalwege sind gestrichelt gezeichnet. In Figur 2 wird ein Verfahrensschema einer möglichen Ausführung mit zwei Flotationsstufen 1 , 2 gezeigt. Um die Darstellung zu vereinfachen, wurde auf die Darstellung der zweiten Regelung verzichtet, wie sie der Figur 1 zu entnehmen ist. Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, alle Zellen 5 mit einer derartigen Luftmengenregelung auszustatten. Es besteht aber auch die Möglichkeit, nur einzelne Zellen oder Zellenverbände mit einer Luftmengenregelung zu versehen.

Die Papierfaserstoffsuspension S wird zunächst einer ersten Flotationsstufe 1 zugeführt. Der apparative Aufbau einer solchen Flotationsstufe ist an sich bekannt. Sie kann eine oder mehrere Flotationszellen 5 enthalten, welche von der Suspension nacheinander oder parallel durchströmt werden. Bei dem hier gezeigten Beispiel sind vier in Reihe geschaltete Flotationszellen 5 der ersten Flotationsstufe 1 gezeichnet. Der darin gebildete storstoffhaltige Flotationsschaum 3 wird in einer Schaumsammeirinne 8 gesammelt, eventuell entlüftet (nicht dargestellt) und einer zweiten Flotationsstufe 2 zugeführt.

Auch die zweite Flotationsstufe 2 enthält eine oder mehrere Flotationszellen, die ähnlich denen der Flotationsstufe 1 sein können. In diesen wird jeweils ein Flotationsschaum 4 gebildet, der in die Schaumsammeirinne 9 abfließt. Für solche Anlagen ist es typisch, dass der Flotationsschaum 4 der zweiten Stufe wesentlich mehr Störstoffe und wesentlich weniger Fasern enthält als der Flotationsschaum 3 der stromaufwärtigen Flotationsstufe 1 . Der in der zweiten Flotationsstufe 2 gebilde- te Durchlauf 6 (Gutstoff) wird in den Zulauf der ersten Flotationsstufe 1 geführt, insbesondere wenn er nicht die Qualität des Gutstoffes 7 der ersten Flotationsstufe 1 hat.

Das Niveau in den Flotationszellen 5, wie auch in den Schaumsammelrinnen 8, 9, wird mittels eines Niveautransmitters 13 gemessen und dieser Wert an die Regler 20, 50 weitergeleitet, die z. B. Teil des Prozessleitsystems sein können. Die Verstellung des Niveaus erfolgt dann durch Signale des Reglers 20 an die Stoffpumpe 22 für den Gutstoff 7 oder ein Stellventil 21 im Gutstoffstrom. Alternativ besteht die Möglichkeit, auf die Zuflussmenge der Faserstoffsuspension S zur Flotationsanlage Einfluss zu nehmen, also z. B. über die Zulaufpumpe 44 oder ein Stellventil 41 .

Für die Luftmengenregelung wie auch für die Schaumniveauregelung wird das Schaumniveau in der Schaumsammeirinne 8 gemessen, z. B. durch einen Niveau- transmitter 13, 13'. Höheres Niveau bedeutet im Normalfall größeren Schaummen- genabfluss an der Stauvorrichtung 10. Soll dieser Abfluss geändert werden, kann beispielsweise der durchströmte offene Querschnitt der Stauvorrichtung 10 anders eingestellt werden, wodurch sich das Niveau des Schaumes in der Schaumsammeirinne 8 ändert. Das entsprechende Signal des Niveautransmitters 13' führt dann dazu, dass der Regler 20 das Suspensionsniveau in der Flotationszelle 5 anhebt oder absenkt und damit die Menge des in die Schaumsammeirinne 8 abfließenden Flotationsschaumes 3 auf den gewünschten Wert einstellt. Somit wird durch das Verfahren die Menge des aus der Schaumsammeirinne 8 austretenden Flotationsschaumes 3 eingestellt und bei Bedarf geändert. Entsprechend kann auch in der zweiten Flotationsstufe 2 (oder weiteren, falls vorhanden) vorgegangen werden, also an deren Schaumsammeirinne 9 mit Stauvorrichtung 1 1 . Analog zur ersten Flotationsstufe 1 , wird das Niveau in der Flotationszelle durch einen Niveautransmit- ter 13 gemessen und durch Signale an die Pumpe 22' für den Durchlauf 6 oder an das entsprechende Stellventil 21 ' (alternativ: Zulaufpumpe 44' oder entsprechendes Stellventil 41 ') geregelt.

Die Regler 20 und 50 können z. B. auch ein Qualitätssignal eines Qualitätssensors 12 verarbeiten, der z. B. die Weiße des Gutstoffes 7 misst (oder eines Qualitäts- sensors 12' z. B. für die Weiße des Zulaufes), und dementsprechend mit Hilfe der Erfindung die Menge des abzuziehenden Flotationsschaumes und/oder der Luftmenge verändern.

In der Kombination dieser beiden Regelvorgänge (Verstellung des Niveaus in der Flotationszelle und Änderung der eingeblasenen Luftmenge in) liegt ein großer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens. Abweichungen können sofort ausgeglichen werden, d. h., je nach Erfordernissen wird für kurze oder längere Betriebsdauer die Schaumzusammensetzung optimiert.